石墨烯及氧化石墨烯納米材料生物毒性和抗菌能力的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、骨骼是為人體提供支撐保護(hù)的堅硬器官，由于各種外傷而極易引起缺損并伴隨感染。人工骨修復(fù)材料成為需求量最大的移植物之一，種類復(fù)雜多樣。然而，目前仍然沒有一種材料的性能能夠完全替代人骨。不斷的尋找和探索優(yōu)質(zhì)的骨科植入材料是當(dāng)今骨科研究的熱點(diǎn)之一。理想的骨科植入材料除了具有良好的生物相容性，還應(yīng)具有抗菌功能。隨著骨組織工程學(xué)的發(fā)展，越來越多的新型生物材料應(yīng)用在骨科修復(fù)治療領(lǐng)域。
　　石墨烯（graphene，G）和氧化石墨烯（graphe

2、ne oxide，GO）作為碳的一種特殊二維結(jié)構(gòu)，具有硬度大，伸展性好等特點(diǎn)，在醫(yī)用生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中引起了極大的關(guān)注。然而石墨烯及其衍生物與生物體相互作用影響的研究還處于起始階段，由于生物系統(tǒng)的多樣性和復(fù)雜性，其生物安全問題仍不能得出全面的結(jié)論，有研究表明，G及其衍生物具有良好的生物相容性和抗菌作用，但對于細(xì)胞和組織仍具有一定的潛在生物學(xué)危害，并且與使用劑量密切相關(guān)。同時，對于不同濃度的G和GO的抗菌能力仍然缺乏簡便有效的檢測評估方法。因

3、此我們通過實(shí)驗(yàn)明確G和GO的生物安全性和抗菌能力，這將有助推動相關(guān)骨科納米材料的研發(fā)和臨床應(yīng)用。
　　目的:
　　1.探討石墨烯及氧化石墨烯納米顆粒對骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的生物相容性影響。
　　2.探討石墨烯及氧化石墨烯納米顆粒植入動物體內(nèi)后，對周圍組織的影響。
　　3.探討石墨烯及氧化石墨烯納米顆粒對金黃色葡萄球菌的抗菌能力。
　　方法:
　　1.納米石墨烯及氧化石墨烯顆粒體外生物毒性研究：
　　

4、采用骨髓培養(yǎng)法分離 SD大鼠骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞（Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells，BMSCs），并采用成骨誘導(dǎo)、成脂誘導(dǎo)進(jìn)行鑒定，取P2-P3 BMSCs與G和GO共培養(yǎng)，Alama Blue比色法檢測細(xì)胞增殖能力、掃描電鏡觀察細(xì)胞狀態(tài)改變、透射電鏡觀察細(xì)胞內(nèi)部變化、Western Blot檢測BMSCs細(xì)胞中粘附和自噬相關(guān)蛋白的表達(dá)水平。
　　2.納米石墨烯及氧化石墨烯顆粒體內(nèi)生物毒性研究：

5、r>　　將G和GO注入Balb/c小鼠股內(nèi)側(cè)肌袋內(nèi)，7 d后取材，HE染色觀察納米材料對周圍組織的影響、Western Blot檢測組織中自噬相關(guān)蛋白的表達(dá)水平。
　　3.納米石墨烯及氧化石墨烯顆粒抗菌能力研究：
　　使用具有生物發(fā)光能力的金黃色葡萄球菌，分別在體內(nèi)、體外與各組納米材料共培養(yǎng)，通過統(tǒng)計金黃色葡萄球菌的生物發(fā)光強(qiáng)度來評價G和GO的抗菌能力。
　　結(jié)果:
　　1.成功分離、鑒定大鼠BMSCs。Alam

6、a Blue比色法結(jié)果表明，當(dāng)GO濃度高于500μg/mL時對細(xì)胞產(chǎn)生嚴(yán)重的抑制作用（P<0.01），G各組對細(xì)胞增殖影響較小；透射電鏡結(jié)果表明，當(dāng)G濃度小于50μg/mL時，細(xì)胞狀態(tài)無明顯改變，大于50μg/mL時，細(xì)胞受到刺激，當(dāng)GO濃度大于50μg/mL時，細(xì)胞出現(xiàn)死亡；透射電鏡結(jié)果表明，G和GO均可進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，對細(xì)胞產(chǎn)生影響；Western Blot檢測結(jié)果表明，GO組隨濃度增高，細(xì)胞Vinculin蛋白表達(dá)下降（P<0.01

7、），而自噬相關(guān)Beclin1、ATG5、LC3B蛋白表達(dá)上調(diào)（P<0.01）。
　　2.體內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與空白對照組相比，GO組肌肉組織出現(xiàn)壞死，組織中自噬相關(guān)Beclin1、ATG5、LC3B蛋白表達(dá)上調(diào)（P<0.01）。
　　3.抗菌實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)濃度大于100μg/mL時，GO組表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗菌能力（P<0.01），而G組抗菌能力弱。
　　結(jié)論:
　　我們的研究表明，G和GO具有一定的細(xì)胞毒性和抑菌能力